【產通社，6月20日訊】南方科技大學（Southern University of Science and Technology, SUSTech）官網消息，其量子科學與工程研究院自旋波量子計算團隊近日在自旋波電子學研究方向取得一系列重要進展。自旋波（其量子化稱為“磁子”）可以在沒有電荷移動的情況下傳輸自旋信息，進而從根本上避免了高密度集成電路中的焦耳熱耗散，因此被認為是突破摩爾定律的下一代超低功耗計算與存儲技術中的重要信息載體之一。在量子科學與工程研究院俞大鵬院長的指導下，陳濟雷助理研究員帶領的自旋波量子計算團隊長期致力于自旋波電子學（磁子學）的研究，近期兩篇相關研究工作發(fā)表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)，一篇于近發(fā)表在《物理評論X》(Physical Review X)。

2023年1月發(fā)表在Physical Review Letters的“Nonlocal Detection of Interlayer Three-Magnon Coupling”（層間三磁子耦合的非局域探測）工作利用自旋波（磁子）的非線性效應將一個磁子（磁子1）分裂成具有一半能量和相反動量的兩個磁子（磁子2和磁子3）。這一過程被稱作三磁子效應，通常發(fā)生在同一材料體系中。陳濟雷課題組與北京航空航天大學于海明教授（量子院訪問學者）課題組、日本東北大學G. Bauer教授課題組等多家單位合作，在超低阻尼的鐵磁絕緣體釔鐵石榴石上加工鈷鐵硼納米線，利用微波激發(fā)鈷鐵硼中的磁子（磁子1），再利用逆自旋霍爾效應對劈裂出的兩個磁子（磁子2和磁子3）進行非局域的電學探測，并在保持線性動量守恒的情況下，首次觀測到兩種不同材料體系中的層間三磁子耦合同時為進一步研究基于磁子的量子糾纏效應提供了重要的實驗基礎。

該工作的共同第一作者為北京航空航天大學集成電路學院博士生（量子院訪問學生）盛路通，日本東北大學助理教授M. Elyasi、陳濟雷和中科院物理所博士生何文卿。南科大教授于海明為通訊作者，南科大量子科學與工程研究院為通訊作者單位。

2023年2月發(fā)表在Physical Review Letters的“Long-Distance Coherent Propagation of High-Velocity Antiferromagnetic Spin Waves”（高速反鐵磁自旋波的長距離相干傳播）則聚焦在單晶赤鐵礦（α-Fe2O3）材料中實現(xiàn)的反鐵磁自旋波的相干激發(fā)和探測。反鐵磁自旋波相較于傳統(tǒng)鐵磁自旋波具有高速、高頻以及抗干擾等優(yōu)勢，然而就目前而言，絕大部分自旋波電子學工作都是基于鐵磁或者亞鐵磁材料進行的。量子院陳濟雷課題組與北航于海明教授課題組，清華大學宋成教授課題組及合作者，在反鐵磁α-Fe2O3單晶上制備了不同距離的納米級別微波天線，從而進一步觀測到α-Fe2O3材料中的反鐵磁自旋波速度高達22.5km/s，相干傳播距離超過10μm。這一發(fā)現(xiàn)為目前正處于高速發(fā)展中的反鐵磁自旋波電子學提供了重要的實驗證據(jù)。

該工作共同第一作者為北京航空航天大學集成電路學院碩士畢業(yè)生王涵晨（量子院訪問學生）、本科生袁潤東以及清華大學博士生周永健。瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學教授J.Ansermet、清華大學教授宋成和南科大教授于海明為通訊作者，南科大量子科學與工程研究院為通訊作者單位，俞大鵬院士和劉松研究員對本工作的實驗提供了支持與指導。

2023年4月發(fā)表在Physical Review X的“Observation of Spin-Wave Moiré Edge and Cavity Modes in Twisted Magnetic Lattices”（魔角磁晶體中觀測自旋波摩爾邊緣態(tài)與腔態(tài)）工作首次在實驗中觀測到磁子在納米尺度摩爾晶體中的邊緣態(tài)（傳播性）與腔態(tài)（局域性）。量子院劉松研究員帶領的量子芯片加工中心對鐵磁絕緣體釔鐵石榴石摩爾磁子晶體薄膜器件進行了微納加工制備。實驗中發(fā)現(xiàn)，自旋波的邊緣態(tài)具有非平庸的拓撲性質，并可以通過扭曲角度和磁場進行調節(jié)。該工作為摩爾磁子學及拓撲磁子學開啟了全新的研究思路，并為探索用于信息處理的新奇磁子學器件提供了潛在的技術路徑。

該研究工作由南科大量子科學與工程研究院、北京航空航天大學、中科院物理所、意大利佩魯賈大學與瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學等多家國內外單位合作完成。共同第一作者為北京航空航天大學碩士畢業(yè)生王涵晨（量子院訪問學生）、南科大陳濟雷助理研究員、賈浩高級工程師、中科院物理所博士生張雨以及北京航空航天大學本科生袁潤東。意大利佩魯賈大學副教授M. Madami、教授G. Gubbiotti、瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學教授J. Ansermet和于海明教授為通訊作者。南科大量子科學與工程研究院為通訊作者單位，本工作得到了南科大量子院俞大鵬院士的悉心指導和大力支持。

以上研究得到國家重點研發(fā)計劃-量子調控重大專項“自旋波電子學物理、材料與器件”、國家自然科學基金以及國家留學基金的資助。查詢進一步信息，請訪問官方網站http://newshub.sustech.edu.cn/html/202306/43986.html。（Robin Zhang，張底剪報）

論文鏈接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.046701 
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.096701 
https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.13.021016     （完）